Práctica 2 IDENTIFICACION Y REACCIÓN DE ALCOHOLES OBJETIVOS: 1. Identificar las propiedades físicas y químicas que presentan los alcoholes. 2. Aprender a reconocer entre los alcoholes primarios, secundarios y terciarios por medio de la aplicación de pruebas sencillas realizadas en el laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO Los alcoholes son el grupo de compuestos químicos que resultan de la sustitución de uno o varios átomos de hidrógeno (H) por grupos hidroxilo (-OH) en los hidrocarburos saturados o no saturados. Alcoholes primarios, secundarios y terciarios Un alcohol es primario, si el átomo de hidrogeno (H) sustituido por el grupo oxidrilo (-OH) pertenece a un carbón (C) primario: es secundario, si el átomo de hidrogeno (H) sustituido por el grupo oxidrilo (-OH) pertenece a un carbón (C) secundario: Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 11
y finalmente, es terciario, si el átomo de hidrogeno (H) sustituido por el grupo oxidrilo (-OH) pertenece a un carbón (C) terciario: La función alcohol puede repetirse en la misma molécula, resultando monoles, o alcoholes monovalentes; dioles, o alcoholes bivalentes; trioles, o alcoholes trivalentes, etc. Fórmula Nombre Clasificación 1-propanol monol 1,2-propanodiol (propilen glicol) diol 1,2,3-propanotriol (glicerina) triol MATERIALES Y EQUIPOS 04 Matraz erlenmeyer 250 ml 04 Vaso de precipitado de 50 ml 04 Vaso de precipitado de 100 ml Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 12
04 Pipeta de 10 ml 04 Pipeta de 5 ml 04 Varilla de agitación 20 Tubos de ensayo 02 Gradillas 02 Soporte universal 02 Cocinas eléctricas 02 Espátulas 02 Aspiradores, propipetas o bombillas de aspiración 02 Lunas de reloj 02 Placas Petri 02 Fiolas 100 ml REACTIVOS Hidróxido de sodio Ácido acético1- Butanol 2 Butanol Alcohol metílico Alcohol Etílico Ciclohexanol Alcohol Isopropílico Cloruro de Zinc Cloruro de sodio Carbonato de calcio Hexano Ácido Clorhídrico Yodo Yoduro de potasio Ácido sulfúrico Dicromato de potasio MÉTODO ENSAYO DE SOLUBILIDAD: Se añaden 10 ml de alcohol etílico de 95 % a 10 ml de agua contenidos en un tubo de ensayos. Se satura la solución con carbonato de potasio y se observa el resultado. Des pues se determina, aproximadamente, la cantidad en peso de alcohol n- butílico, alcohol sec-butílico y alcohol ter-butílico que pueden disolverse en 5 ml de agua, anotándose todas las observaciones y resultados. Alcohol Solubilidad en agua METANOL EN TODAS PROPORCIONES ETANOL EN TODAS PROPORCIONES BUTANOL 8,3 % OCTANOL PRACTICAMENTE INSOLUBLE Alcohol Solubilidad en agua n-butílico 9,1 % t-butílico miscible iso-butílico 10,0 % Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 13
Alcohol Etanol + carbonato de sodio Solubilidad en agua Insoluble Interpretación: Los alcoholes de pocos átomos de carbono son solubles en todas las proporciones. La solubilidad del alcohol reside en el grupo -OH incorporado a la molécula del alcano respectivo. Las uniones puente de hidrógeno también se manifiestan entre las moléculas de agua y el alcohol ASOCIACIÓN DE METANOL CON AGUA Esta asociación explica la solubilidad del alcohol metílico y etílico con el agua: forman semicombinaciones. La solubilidad de los alcoholes disminuye con el aumento del número de átomos de carbono, pues el grupo hidroxilo constituye una parte cada vez más pequeña de la molécula y el parecido con el agua disminuye a la par que aumenta la semejanza con el hidrocarburo respectivo. A partir del hexanol (incluido) son prácticamente insolubles. Los miembros superiores de la serie son solamente solubles en solventes polares. Se puede explicar de una manera similar la causa de insolubilidad en presencia de carbonato: la posibilidad de formar uniones puente de hidrógeno disminuye y con ello la solubilidad. El carbonato impide que se efectivicen estas fuerzas de unión. Se pueden disolver cantidades apreciables de compuestos iónicos como el cloruro de sodio con alcoholes inferiores. Se dice que el grupo hidroxilo es hidrofílico, debido a su afinidad por el agua y otras sustancias polares. Al grupo alquilo del alcohol se le llama hidrofóbico, porque funciona como un alcano: rompe la red de atracciones dipolo-dipolo y los puentes de hidrógeno de un solvente polar como el agua. El grupo alquilo hace que el alcohol sea menos hidrofílico, pero confiere solubilidad en solventes orgánicos no polares. Muchos alcoholes son miscibles con una gran variedad de solventes no polares. Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 14
Un grupo alquilo de cuatro carbonos es lo suficientemente grande para que algunos de sus isómeros no sean solubles en agua, aunque, el alcohol t-butílico, con su forma esférica compacta, es miscible. PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ALCOHOL: Un trocito de sodio del tamaño de un guisante se agrega sobre 5 ml de alcohol etílico puesto en un tubo de ensayo. Cuando la reacción se ha completado, se añade un volumen igual de éter anhidro y se observa el resultado. A continuación se vierte la mezcla en un vidrio de reloj y se deja evaporar el éter y el exceso de alcohol etílico. Se observa el carácter del residuo y se añaden 3 ml de agua. La solución resultante se ensaya con papel de tornasol y se observa el color. Interpretación: Formación de alcoholatos. Reaccionan con los metales alcalinos como como el Li, Na, K; y aún con los alcalino-térreos como el Ca. El hidrógeno del hidroxilo es reemplazado por el metal desprendiéndose en estado gaseoso. La sustancia que se forma es un alcóxido o alcoholato que en este caso se denomina etanolato o etóxido de sodio. EL ALCOHOL EN ESTAS REACCIONES ACTÚA COMO UN ÁCIDO DÉBIL. Como los alcanos no reaccionan con los metales alcalinos, debe admitirse que el átomo reemplazado es el de hidrógeno unido al hidroxilo, lo que prueba la polarización de la molécula de los alcoholes. La reacción de los alcoholes con los metales alcalinos es menos enérgica que la de éstos con el agua. La acidez de los alcoholes varía ampliamente, desde los alcoholes que son casi tan ácidos como el agua. hasta algunos que son mucho menos ácidos. La constante de disociación ácida, K a, de un alcohol, queda definida por el equilibrio siguiente: Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 15
Los alcoholes más ácidos, como el etanol y el metanol, reaccionan rápidamente con sodio para formar metóxido y etóxido de sodio. Los alcoholes secundarios, como el 2-butanol, reaccionan con velocidad más moderada. Los alcoholes terciarios, como el alcohol t-butílico, reaccionan lentamente. Con los alcoholes terciarios con frecuencia se usa el potasio, K, porque es más reactivo que el sodio y la reacción puede completarse en un tiempo razonable. PRUEBA DE LUCAS: El reactivo de Lucas se prepara mezclando 9 ml de ácido clorhídrico q.p. con 3.5 g de cloruro de zinc, se agita cuidadosamente hasta mezcla homogénea. En un tubo de ensayo en donde se ha colocado 0.5 ml 1mL de alcohol (los disponibles en la práctica) agregue rápidamente 3 ml de reactivo de Lucas y tape el tubo, deje reposar y observe a los 5 minutos y luego a la hora. Anote el tiempo requerido para que la reacción se realice, lo cual se indica por la apariencia obscura de la solución. Interpretación: Cuando se agrega el reactivo al alcohol, la mezcla forma una fase homogénea. La solución concentrada de ácido clorhídrico es muy polar, y el complejo polar alcohol-zinc se disuelve. Una vez que ha reaccionado el alcohol para formar el halogenuro de alquilo, el halogenuro no polar se separa en una segunda fase. La prueba de Lucas implica la adición del reactivo de Lucas a un alcohol desconocido para observar si se separa de la mezcla de reacción una segunda fase. Los alcoholes terciarios reaccionan casi instantáneamente, porque forman carbocationes terciarios relativamente estables. Los alcoholes secundarios tardan más tiempo, entre 5 y 20 minutos, porque los carbocationes terciarios son menos estables que los terciarios. Los alcoholes primarios reaccionan muy lentamente. Como no pueden formar carbocationes, el alcohol primario activado permanece en solución hasta que es atacado por el ión cloruro. Con un alcohol primario, la reacción puede tomar desde treinta minutos hasta varios días. Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 16
PRUEBA DE OXIDACIÓN: En un tubo de ensayo con 3 ml de solución de dicromato de potasio al 10%, añadir 4 gotas de ácido sulfúrico concentrado, agitar cuidadosamente hasta homogeneidad; a esta solución añadir 3 ml del alcohol a investigar. Con precaución caliente la mezcla y anote los cambios de color y olor de la solución. Los alcoholes secundarios se oxidan fácilmente para dar rendimientos excelentes de cetonas. El reactivo ácido crómico (mezcla sulfocrómica: La especie activa en la mezcla probablemente sea el ácido crómico, o bien el ión cromato ácido. se lograría el mismo resultado con trióxido de cromo en solución diluída de ácido sulfúrico) constituye el procedimiento más eficiente para oxidar alcoholes secundarios en el laboratorio. PRUEBA DE ESTERIFICACIÓN: Mezcle 1 ml de alcohol con 1 ml de ácido acético glacial y agregue lentamente 0.5 ml de ácido sulfúrico concentrado. Mezcle completamente y caliente suavemente, agregue 3 ml de agua y note el olor con precaución. Realice esta prueba con cada uno de los alcoholes. PRUEBA DEL YODOFORMO: En un tubo de ensayo coloque 1mL de alcohol que quiere probarse, agregue 2 a 3 ml de agua y de 4 a 5 ml de una solución de yodo yoduro de potasio (esta solución se prepara disolviendo 10 g de cristales de yodo en una solución de 20 g de yoduro de potasio en 80 ml de agua). Después se agrega una solución de NaOH al 20% gota a gota hasta que el color café del yodo sea descartado y el líquido retenga solamente un color amarillo. Con algunos compuestos orgánicos se forma un precipitado de yodoformo inmediatamente en el fondo. Caliente el tubo de ensayo a 60 C en un baño de agua por 2 minutos y enfrie, si se forma precipitado tome nota de su apariencia y olor, filtre seque y determine su punto de fusión. Desarrolle la prueba con cada uno de los alcoholes. DISCUSIÓN: 1. Escriba cada una de las reacciones que se realizaron en este experimento. 2. Describa ensayos químicos simples que sirvan para distinguir entre: a) Alcohol butílico y n- octano b) Alcohol butílico y 1-octeno c) 1 butanol y alcohol isopropílico. Q.F. MARIO TEDORO OLAYA QUEREVALÚ Página 17